• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
• /
• v.21 no.6
• /
• pp.230-234
• /
• 2011

High density plasma etching of ZnO film was performed in $CF_4$/Ar and $SF_6$/Ar inductively coupled plasmas. Maximum etch rates of ~1950 ${\AA}$/min and ~1400 ${\AA}$/min were obtained for $10CF_4$/5Ar and $10SF_6$/5Ar ICP discharges, respectively. The etched ZnO surfaces showed better RMS roughness values than the unetched control sample under most of the conditions examined. In the $10CF_4$/5Ar ICP discharges, very high etch selectivities were obtained for ZnO over Ni (max. 11) while Al showed etch selectivities in the range of 1.6~4.7 to ZnO.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.08a
• /
• pp.133-133
• /
• 2010

중성입자빔 입사장치(neutral beam injection, NBI)의 중성빔 에너지 효율은 이온원의 수소 이온밀도 분율이 결정한다. 이온원에서 만들어진 $H^+$, $H_2^+$ 그리고 ${H_3}^+$는 중성화 과정(neutralization) 중 해리(dissociation) 때문에 각각 입사 에너지의 1, 1/2 그리고 1/3을 가진 중성입자가 된다. 중성빔 에너지 효율 제고하기 위해서는 이온원의 전체 이온 중 단원자 수소 이온 밀도 증가가 필요하다. 유도결합형 수소 플라즈마 이온원에서 RF 안테나 주파수에 따른 플라즈마 밀도와 단원자 수소 이온 밀도 비율 변화를 관찰하였다. RF 플라즈마에서 가스 압력이 결정하는 전자의 운동량 전달 충돌 주파수 대비 높은 RF 안테나 주파수(13.56 MHz)와 낮은 RF 안테나 주파수(수백 kHz)의 전력을 인가하였으며, Langmuir 탐침, 안테나 V-I 측정기 그리고 QMS(quadrupole mass spectrometer)을 이용하여 플라즈마 특성을 진단하였다. 플라즈마 밀도와 수소 이온 밀도 분율은 플라즈마 가열 메커니즘과 수소 플라즈마 내 반응 메커니즘에 의해 결정된다. 플라즈마 가열 메커니즘에 따른 실험 결과에 대한 RF 안테나 주파수 효과는 플라즈마 트랜스포머 회로 모델을 통해 해석하였으며, 수소 플라즈마 내 반응은 0-D 정상 상태의 입자 및 전력 평형 방정식 결과로 해석하였다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
• /
• v.40 no.4
• /
• pp.316-329
• /
• 2012

In this paper, optimum design process of ICP (Inductively Coupled Plasma) torch, which has been used widely in aerospace application, such as supersonic plasma wind tunnel, is presented. For this purpose, the behaviors of equivalent circuit parameters (equivalent resistance and inductance, coupling efficiency) were investigated according to the variations of torch design parameters (frequency, $f$, confinement tube radius, $R$ and coil turn numbers, $N$) in the basis of analytical and numerical MHD (Magneto Hydro-Dynamics) models combined with electrical circuit theory. From the results, it is found that equivalent resistance is increased with the increase of $f$ values but vice versa for equivalent inductance. For elevated values of $R$ and $N$, however, both parameters tend to increase. Based on these observations, ICP torch with a power level of 10 kW can be optimized at the design ranges of $f$=4~6 MHz, $R$=17~25 mm and $N$=3~4 to maximize the electrical coupling efficiency, which is the ratio of equivalent resistance to equivalent inductance.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
• /
• v.1 no.1
• /
• pp.135-140
• /
• 2015

Decomposition of carbon dioxide is studied using $Ar/CO_2$ mixture inductively coupled plasmas (ICP). Argon gas was added to generate plasma which has high electron density. To measure decomposition rate of $CO_2$, optical emission actinometry is used. Changing input power, pressure and mixture ratio, the plasma parameters and the spectrum intensity were measured using single Langmuir probe and spectroscope. The source characteristic of Carbon dioxide ICP observed from the obtained plasma parameters. The decomposition rate is evolved depending on the reaction and discharge mode. This result is analyzed with both the measurement of the plasma parameters and the dissociation mechanism of $CO_2$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2011.02a
• /
• pp.219-219
• /
• 2011

공정용 유도 결합 플라즈마(ICP)에서 강자성체인 페라이트를 이용하여 제작한 발룬 변압기(balun transformer)를 사용하여 플라즈마 밀도를 높이는 실험을 수행하였다. 실험에서는 2개의 발룬 변압기를 이중구조 안테나에 설치하여 실제 인가되는 전압이 접지전위 대비＋V에서 ${\pm}$V/2로 변환되도록 구성하였다. 20~100 mTorr 압력 범위의 아르곤 기체 50 sccm에 30~70 W범위의 전력을 인가하여 반응용기의 중앙과 벽면에서 부유 탐침법을 적용하여 플라즈마 밀도를 측정 하였다. 같은 압력과 같은 전력에서 발룬 변압기를 사용했을 때와 회로에서 변압기만 제거한 실험을 비교하면 반응용기 중앙에서 플라즈마 밀도가 평균 10% 증가함을 보였다. 이는 안테나에 발란스 된 전압이 인가되면 플라즈마 균일도가 증가하고 부유전위(floating potential) 대비 플라즈마 전위(plasma potential)가 낮아져서 이온에 의한 손실이 줄어들어 전자가 더 많은 에너지를 흡수해서 나타나는 현상이다. 특히 E-mode에서 H-mode로 전환되면 플라즈마 밀도가 크게 증가함을 보였고, 반응용기 벽면에서는 발룬 변압기를 사용했을 때 밀도가 낮다가 H-mode로 전환 시 비교실험 대비 밀도가 크게 증가함을 볼 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2013.02a
• /
• pp.586-586
• /
• 2013

저밀도 플라즈마는 반도체 공정, 나노 신소재 분야 및 우주 항공 분야 등 여러 분야에 이용되며, 플라즈마 진단 및 분석을 통해 효과적인 플라즈마 제어가 가능하다. 특히, 전자 에너지 분포 함수(Electron Energy Distribution Function, EEDF)는 전자 온도, 플라즈마 밀도 및 플라즈마 전위 등의 플라즈마 변수를 측정하거나 전자 가열 매커니즘 등을 이해하는데 있어서 매우 중요하므로 정밀한 측정이 필요하다. 그러나 RF fluctuation에 의해 낮은 전자 에너지 부분에서 EEDF가 왜곡되어 측정된 데이터 및 분석의 신뢰도가 떨어지게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 RF fluctuation 보상을 위한 쵸크 필터가 사용되며, 쉬스 임피던스에 비해 쵸크필터의 임피던스가 클수록 보상 효과는 높아진다. 하지만 플라즈마의 밀도가 낮아지면 쉬스 확장에 의해 쉬스 임피던스가 증가하므로 쵸크 필터에 의한 보상만으로는 충분한 개선 효과를 얻기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 효과적인 RF fluctuation 보상을 위해 임피던스가 높은 쵸크 필터를 설계하고 추가적으로 레퍼런스링에 전압을 걸어 쉬스의 임피던스를 줄이는 방법도 적용하였다. 유도결합방식으로 $10^{-8}cm^{-3}$ 대의 저밀도 아르곤플라즈마 방전시켰으며, 단일 랑뮤어 탐침법으로 EEDF를 측정한 결과 낮은 전자 에너지 부분의 왜곡이 개선됨을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.476-476
• /
• 2010

유도 결합 플라즈마 (ICP)는 축전 결합 플라즈마 (CCP) 보다 상대적으로 높은 밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또한 구조가 간단하고 기존 스퍼터링 장치의 내부에 추가 설치가 용이하며, 스퍼터된 입자의 이온화, 반응성 가스의 활성화를 위한 2차 플라즈마원으로 적용이 가능하다. 그러나 대면적의 고밀도 플라즈마의 균일도 측정은 고가의 2D probe array등을 사용하여야 한다. 본 연구에서는 간단한 CCD camera를 챔버 내부에 삽입하여 가시광 영역의 적분 강도를 이용해서 플라즈마의 2차원적 균일도를 정성적으로 비교 판단하고 시간에 따른 국부적인 이상 방전을 감시할 수 있도록 내장형 무선 카메라를 사용하였다. 직경 380 mm의 챔버 내에 2 turn ICP antenna를 이용하여 유도 결합 플라즈마를 발생시켰다(Ar 30 sccm, 35 mTorr, 2 MHz, 400 W). 내장형 무선 카메라를 챔버 내부 중앙의 ICP antenna에서 8 cm 아래에 위치시켜 플라즈마를 진공 중에서 촬영하였다. 내장형 무선 카메라를 챔버 내부에 위치하여 촬영한 결과 외부에서 view port로 쉽게 확인할 수 없는 ICP antenna 내부의 고밀도 플라즈마의 불균일도를 평가할 수 있었고, ICP antenna 가장자리에서 중심으로 이동할수록 밝아지는 것을 토대로 중심 영역의 plasma 밀도가 가장 높다는 것을 알 수 있었고, 채도와 명도의 차이를 이용하여 시각적인 플라즈마 균일도를 분석하였으며 이를 플라즈마 모델링 기능이 있는 전산 유체 역학 프로그램인 CFD ACE+를 이용하여 플라즈마 분포를 모델링 및 비교하였다. 또한 인라인 타입의 마그네트론 스퍼터링 시스템에서 기판 캐리어에 무선 카메라를 장착하여 이동하면서 캐리어와 마그네트론 방전 공간의 상대적인 위치에 따른 마그네트론 방전링의 형상 변화도 관찰하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2010.02a
• /
• pp.474-474
• /
• 2010

현재 반도체시장의 확장으로 인해서 기존의 300mm 웨이퍼에서 450mm의 웨이퍼를 사용하는 공정으로 변화하는 추세이다. 450mm 웨이퍼로 대면적 화되면서 기존 300mm 공정 때보다 훨씬 효율적인 플라즈마 소스 즉, 고밀도이고, 고균등화(high uniformity) 플라즈마 소스를 필요로 한다. 본 논문에서는 고밀도 플라즈마 소스인 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma ; ICP)에 축 방향의 약한 자기장을 인가시킨 자화된 유도결합형 플라즈마(Magnetized Inductively Coupled Plasma : MICP)[1]를 제안하여 기존 ICP와의 차이점을 살펴보았다. 실험 방법으로 레이저 유기 형광법(Laser Induced Fluorescence : LIF)[2]을 이용하여 플라즈마 쉬스(Sheath) 내의 전기장을 외부 자기장의 변화에 따라 높이별로 측정하고 그 결과로부터 쉬스의 전기적 특성을 살펴보았다. 플라즈마의 특성상 탐침이나 전극에 전압을 인가하면 그 주위로 디바이 차폐(Debye Shielding)현상이 일어나서 플라즈마 왜곡이 일어난다. 그렇기에 플라즈마, 특히 플라즈마 쉬스의 특성을 파악하기 위해서 레이저라는 기술을 사용하였다. 레이저는 고가의 장비이고 그 사용에 많은 경험지식(know-how)를 필요로 하지만 플라즈마를 왜곡시키지 않고, 플라즈마의 밀도, 온도, 전기장 등 많은 상수(parameter)들을 얻어 낼 수 있다. 또한 3차원적으로 높은 분해능을 가지고 있는 장점이 있다. 강한 전기장이 있는 곳에서 입자들의 고에너지 준위가 전기장의 세기에 비례하여 분리되는 Stark effect[3] 이론을 이용하여 플라즈마 쉬스내의 전기장을 측정하였다. 실험은 헬륨가스 700mTorr 압력에서 이루어졌다. 기판의 파워를 50W에서 300W까지 변화시키면서 기판에 생기는 쉬스의 전기장의 변화를 살펴보았고, 자기장을 인가한 후 동일한 실험을 하여 자기장의 유무에 따른 플라즈마 쉬스의 전기장 변화를 살펴보았다. 실험결과 플라즈마 쉬스의 전기장의 변화는 기판의 파워와 플라즈마 밀도에 크게 의존함을 알았다. 기판의 파워가 커질수록 쉬스의 전기장은 커지고, 기판에 생기는 Self Bias Voltage역시 음의 방향으로 커짐을 확인 하였다. 또한 자기장을 걸어주었을 경우 쉬스의 두께가 얇아짐으로써 플라즈마의 밀도가 증가했음을 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers Conference
• /
• 1997.10a
• /
• pp.52-54
• /
• 1997

고주파 유도결합 플라즈마(RFICP)에서 루우프법에 의해 자기장특성을 계측하였다. 자기장 계측은 플라즈마의 거시적 변화를 시간적으로 접근하며, 반도체 프로세스의 관건인 균일하고, 고집적인 분포를 얼마나 교란, 응집하는가를 검증하고, 밀도와의 관계를 비교, 분석하여 방적의 최적화를 규명할 수 있을 것이다. 작은 루우프 안테나($\Phi$:외경 7.5mm)는 RF 자기장의 크기와 방향을 결정하기 위해 방전속에 삽입된다. 자기장의 세기는 전형적으로 입력파워 50 - 500 [W]에 대해 0.1에서 2.5 G 사이로 변화하였다. 사용가스는 아르곤가스(99.9% 고순도)를 사용하였으며, 동작압력은 20 [mTorr] 에서 15 [sccm]까지하였다. 반경방향의 공간분포에서는 아스펙트비(aspect ratio : R/L)를 2로 하여 자기장 분포를 계측하였다. 자기장은 입력파워의존성에 대해서 200 [W]까지 상승하고, 300[W]에서 안정성을 지속한다. 압력에 대한 의존성은 300[W]에서 60 [mTorr]이상 일 때는 플라즈마의 균질한 압력상태를 벗어남을 보인다. 아르곤 가스유량에 대해서는 무거운 중성기체입자가 자기장의 영향을 거의 받지 않기 때문에 일정한 경향이 나타났다. 반경방향의 공간분포 측정에서는 자기장은 RFICP의 대구경 특성에 맞게 전체적으로 일정한 분포를 이루고 있음을 확인하였다. 이러한 결과로부터 고주파유도결합 플라즈마에서의 동작생성, 유지기구등의 파악에 도움이 될 것이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.145-146
• /
• 2009

크롬 도금된 AISI 316L 스테인리스강에 펄스 바이어스를 사용한 유도결합 플라즈마로 질화 처리하여 고분자 전해질 연료전지용 분리판에 적합한 물성을 확인하였다.